焚烧炉系统节能优化设计及应用

2019-02-20高聪敏张乾兵王西成刘忠宝张康武孙亚波

重型机械 2019年1期

高聪敏，张乾兵，王西成，刘忠宝，张康武，孙亚波，杨博

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032； 2.西南铝业(集团)有限责任公司，重庆西彭 401326)

0 前言

随着我国工业的发展和国内外市场需求的扩大，大批涂层生产线建成并投产，在市场畅销的情况下，人们往往忽视了节能问题。目前，在能源日趋紧张，产能严重过剩的情况下，大力开展节能改造不但能提高企业的竞争力，还有着十分重要的社会效益。现代化涂层生产线节约能源可以降低企业的生产成本，开展节能改造可以提高企业的竞争力，创造经济效益[1-9]。西南铝冷轧厂某涂层机组从国外引进，目前存在的主要问题是燃气消耗量大，消耗量远高于同行业水平，燃气消耗量最高时达465 m3/h，运行成本高，能源浪费严重。为降低天然气消耗，提高市场竞争力，涂层机组节能改造势在必行。中国重型机械研究院股份公司对焚烧炉系统节能技术进行系统分析，利用自身技术优势并对该系统进行优化设计。

1 存在问题

西南铝冷轧厂某涂层机组存在的主要问题是燃气消耗量大，能源浪费严重。生产线主要工艺：开卷、缝合、预脱脂、清洗、化学处理、初涂、固化、精涂、固化、冷却、检查、卷取。根据生产现场观察，结合对供热系统原理分析，能源消耗大主要表现在供热方式、烟气排放、冷风系统及换热等方面。

(1)固化炉供热系统采用间接式与直燃式混合供热方式,即固化炉各温区采用独立烧嘴直燃与新风换热后的热空气混合加热，新风换热效率不高，用于固化炉加热的热量得不到保证，必须通过独立烧嘴燃烧天然气补充热量。

(2)固化炉抽废气管路与排烟管路采用1台风机通过烟囱向外排放，系统在保证固化炉负压状态下，势必会造成焚烧炉膛负压增大，使得废气焚烧后高温烟气外排热量增加。

(3)1#固化炉、2#固化炉加热1区设有兑冷风系统，由兑冷风阀控制兑冷风量，兑冷风阀在关闭状态下仍然会有泄漏，就会造成冷风不断地进入固化炉，增加了新风进风量，进而使排废气量增加，焚烧炉负荷加重，能源消耗提高。

(4)一级新风换热器与二级废气换热器设计及布局不合理，换热后的热风分为两路，一路去往固化炉，另一路去往抽废气烟囱排空，当固化炉炉压正常时，为保证固化炉炉压稳定性多余的热风会顺着烟囱排空；二级废气换热器换热温度低，增加焚烧炉燃气消耗。

2 改进措施

通过对涂层机组高能耗原因分析，提出改进措施。

(1)优化供热方案。将固化炉各区加热烧嘴系统去掉，采用废气焚烧后的高温烟气直接送入固化炉各区混风箱，优化焚烧结构提高换热效率。

(2)优化排气管路送风系统设计，实现固化炉及焚烧炉炉压单独稳定控制。将原来1台抽废气风机更换为2台抽废气风机，1台抽废气风机安装在固化炉与焚烧炉中间管路上，控制固化炉的炉压；另1台抽废气风机安装在焚烧炉与废气烟囱管路上，控制焚烧炉炉压。

(3)优化焚烧炉负荷，拆除兑冷风系统。原兑冷风口堵焊并保温，减少总废气量，降低焚烧炉负荷。

(4)优化余热利用系统。一级换热器改为废气换热器，提高废气换热后的温度，二级换热器改为新风换热器，换热后的新风供给前处理干燥炉和化涂干燥炉使用，余热得到充分利用，降低能耗。

图1为优化设计的焚烧炉系统及其流程，固化炉炉内产生含有有机溶剂的废气，废气经排废风机送至废气焚烧炉系统的废气换热器，通过换热将废气加热，再送至焚烧炉炉膛内进行高温焚烧转变为高温烟气，高温烟气热量利用分为三部分：利用送热风风机提供给固化炉；通过新风换热器将换热后新风供给化涂炉使用；通过换热器给助燃风预热后排入烟囱。

图1 焚烧炉系统原理

3 改进效果

该涂层机组的焚烧炉供热系统优化改进后，对某规格产品进行涂镀，铝带厚度：0.2～1.6 mm，宽度：800～1600 mm，工艺速度最大60 m/min。制定了合理的供热工艺，参数见表1。表1中废气量数值为20 000 Nm3/h时，废气预热到温度390 ℃，燃气的平均消耗量约为每小时110方。根据涂层机组工艺参数和典型代表规格产品计算，优化设计后的焚烧炉供热系统，燃气的消耗量约为85～120 m3/h。